Teaching

Introduction : Physiologie végétale

But : Fournir aux étudiants les bases nécessaires à la compréhension des développements les plus récents de l'ingénierie génétique des plantes.

Le cours explique la transformation des plantes et présente les différentes lignées transgéniques commercialisées ainsi que les recherches actuelles de génie génétique végétal dans les domaines agricole, industriel et médical. Le cours laisse un large espace pour la discussion des aspects éthiques, légaux, philisophiques et sociétaux liés à la question.

- Introduction aux grandes fonctions du végétal : Photosynthèse, relations hydriques et ioniques, métabolisme général de la croissance et du développement

- Transport de l'eau et des nutriments dans les plantes

- Métabolismes énergétiques: Photosynthèse et respiration cellulaire

- Régulation du développement végétal par les hormones et par l'environnement

Il existe plusieurs variantes de ce cours en fonction de l'année d'études et du grade dans lesquels il est donné comme par exemples :

BIOL-F-301: 5 ECTS (théorie: 3, travaux pratiques: 2) pour bachelier en sciences biologiques - troisième année (cours obligatoire)
BIOL-F-301 A: 4 ECTS (théorie: 2, travaux pratiques: 2) pour bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation bioingénieur - troisième année (cours obligatoire)

Séminaire de Botanique (2 ECTS)

BIOL-F-311: bachelier en sciences biologiques - deuxième année (cours à option)
BIOL3: bachelier en sciences biologiques - troisième année (cours à option)

Course description

BIOL-F-301

Physiologie végétale - Nathalie Verbruggen

Objectifs du cours: Introduction aux grandes fonctions du végétal : photosynthèse, relations hydriques et ioniques, métabolisme général de la croissance et du développement.

Contenu du cours: - Transport de l'eau et des nutriments dans les plantes. - Métabolismes énergétiques: photosynthèse et respiration cellulaire. - Régulation du développement végétal par les hormones et par l'environnement.

Course objectives: Introduction to the main plant functions: photosynthesis, water and ion transport, general metabolism (photosynthesis and respiration) of developement

Course content: Chapter I - Water and ion transport in plants Chapter II - Nutriment assimilation Chapter III - Energizing metabolisms: photosynthesis and respiration Chapter IV - Regulation of plant development by hormones and environment

BIOL-F-412

Biotechnologies animales et végétales - Nathalie Verbruggen (coordonnateur), Mondher El Jazira, Jacob Souopgui

Objectifs du cours: Fournir à l'étudiant(e) les outils indispensables pour comprendre le génie génétique et lui permettre de mesurer/évaluer les enjeux biotechnologiques sur le monde du vivant et l’environnement.

Contenu du cours: Historique de l'ingénierie génétique végétale, techniques de génération des organismes génétiquement modifiés, clonage et cellules souches, transgénèse et applications dans l'industrie, la médecine et l’environnement. Enfin, aborder quelques aspects de la législation européenne en vigueur sur les thématiques présentées.

Course objectives: Provide the students the necessary tools to understand the genetic engineering and allow them to measure/evaluate issues of biotechnology on the living world and the environment.

Course content: History of plant genetic engineering, generation techniques of genetically modified organisms, cloning and stem cells, transgenesis and applications in industry, medicine and the environment. Finally, approach some applicable aspects of European legislation on the presented themes.

BIOL-F-443

Plant responses to environmental stress - Nathalie Verbruggen

Objectifs du cours : Le but du cours est de fournir à l'étudiant(e) les outils indispensables pour comprendre les mécanismes de réponses des plantes aux changements de l'environnement.

Contenu du cours : Le cours présente les réponses des plantes à différents types de stress abiotiques et biotiques, avec un éclairage particulier sur l'évolution de l'adaptation à des milieux extrêmes. Le cours inclut également les avancées génétiques permettant d'augmenter la résistance des plantes cultivées aux maladies et aux autres stress de l'environnement. Les stratégies scientifiques et le design d'expériences sont discutés au travers d'études de cas.
Course objectives : The aim of the course is to give students the necessary tools to understand mechanisms of plant responses to different environmental stresses.

Course content : The course will be a review of plant responses to different types of environmental stress, in particular physiological and molecular analysis. Molecular biology tools have allowed tremendous progress in our understanding of plant responses. Responses of plants to drought salt stress, temperature stress, toxic concentrations of trace metals, biotic stress, ... will be presented. The course will also include advances in the improvement of plant resistance to stress by genetic engineering. General scientific strategies and experimental design to study plant responses to stress and adaptation to extreme environment will be discussed through analysis of case studies.

BIOL-F-419

Objectifs du cours : Illustrer la transformation génétique végétale.

Course objectives : To illustrate techniques of plant biotechnology

BING-F-4006

Génétique des populations et amélioration des plantes - Olivier Hardy (coordonnateur), Christian Hermans, Marjolein Visser

Objectifs: L'étudiant sera capable de (i) comprendre les principaux mécanismes qui régissent la variation génétique au sein des populations naturelles ou cultivées, (ii) appliquer des outils de la génétique moléculaire à l'étude de l'évolution des organismes (au niveau intraspécifique), à la conservation de la biodiversité, et à l'amélioration génétique des plantes, (iii) résoudre des problèmes concrets de génétique des populations et génétique quantitative, (iv) concevoir une stratégie d'amélioration génétique d'une plante via des schémas de sélection et d'approches biotechnologiques en fonction de contraintes environnementales, agronomiques et socio-économiques.

Contenu de l'unité d'enseignement: Marqueurs moléculaires utilisés en génétique des populations. Forces évolutives déterminant la variation génétique au sein des populations (dérive, mutation, migration, sélection). Principes de génétique quantitative. Conservation des ressources génétiques. Introduction à l'amélioration des plantes. Schémas de sélection classique en fonction du mode de reproduction (autogame, allogame, clonale). Aperçu des approches biotechnologiques pour l'amélioration des plantes (efficacité d’utilisation des ressources, qualité nutritionnelle …).

BING-F-3004

Anglais scientifique et projet de recherche - Gillian Lucy, Dimitri Gilis, Christian Hermans (coordonnateur), Pierre Servais - Module "projet de recherche" (3 ECTS)

Objectifs: Au terme de la réalisation du projet, l’étudiant sera capable de : (i) mettre en œuvre une démarche scientifique afin d’analyser en profondeur une problématique liée à la bioingénierie, (ii) s’intégrer au sein d’une équipe de manière optimale, utiliser des outils d’organisation du travail en groupe adaptés, prendre en compte les compétences de chacun, gérer les éventuels désaccords et conflits, (iii) gérer les échéances liées à un projet de recherche, élaborer un planning, évaluer le temps à consacrer aux différentes tâches, (iv) utiliser les outils bureautiques de manière adéquate afin de communiquer par écrit et oralement d’un sujet de recherche scientifique.

Contenu: Introduction à la démarche de recherche bibliographique. Le thème du projet choisi par le groupe d'étudiants détermine la discipline explorée. Les thèmes proposés sont en relation avec la formation de bioingénieur.

TFE - Sujets de mémoire au LPGMP

Thèmes de recherche au LPGMP

Notre recherche est centrée sur les mécanismes des plantes qui régulent le contenu en nutriments et la réponse aux éléments toxiques présents dans le sol (adaptation, détoxication). La nutrition minérale des plantes alimente toute la chaîne terrestre et son étude a d’importantes applications en santé humaine et en environnement. Par leurs systèmes de transport des nutriments essentiels, les plantes peuvent également accumuler des éléments métalliques non essentiels, potentiellement toxiques. Notre laboratoire a une longue collaboration avec l’université de Lille (équipe du Dr Pierre Saumitou-Laprade) pour étudier l’adaptation d’Arabidopsis halleri à un milieu métallique extrême et en particulier dans l’analyse de l’hyperaccumulation de cadmium.

Nutrition des plantes en éléments minéraux majeurs.

Comprendre comment les plantes régulent l'absorption et le transport d'ions essentiels peut avoir des applications majeures pour l’environnement et la santé humaine. En modifiant ces facteurs, il est possible de développer des cultures qui grandissent sur sols pauvres en minéraux (diminution de l’apport d’engrais) et des produits de récolte à valeur nutritionnelle ajoutée (biofortification). Deux thèmes sont axés sur l’homéostasie du magnésium et l’impact de la disponibilité en azote sur le système racinaire dans Arabidopsis thaliana. D’une part, le but recherché est de savoir comment les plantes acquièrent le Mg et régulent leur teneur interne. Des approches physiologiques et transcriptomiques globales ont permis d’identifier le transport des sucres et l’horloge circadienne comme des cibles précoces de la carence en Mg. D’autre part, les mécanismes qui gouvernent la plasticité du système racinaire en réponse aux nitrates sont étudiés (des teneurs faibles stimulent le développement de racines latérales, alors que des teneurs uniformes élevées ont un effet inhibiteur). Nous avons recours à des approches génétiques directes et à l’exploitation de la variabilité naturelle dans des populations d’Arabidopsis pour identifier des gènes qui régulent l’architecture racinaire. Pour ces deux lignes de recherche, un transfert des connaissances est envisagé vers les espèces agronomiques du genre Brassica (chou, colza, …).

Sujets de mémoire (responsable : Nathalie Verbruggen - nverbru@ulb.ac.be)

Sujet 1 : Variabilité de la tolérance au Cd dans Arabidopsis halleri

Une espèce modèle pour étudier les mécanismes d’adaptation aux sites calaminaires et la détoxication des éléments métalliques traces est l’hyperaccumulatrice de Zn et de Cd Arabidopsis halleri. Pour avoir une compréhension plus complète et robuste des mécanismes expliquant la tolérance et l’accumulation du Cd d’A. halleri il est important de prendre en compte la variabilité naturelle de ces traits et l’histoire évolutive de cette espèce. Le(a) mémorant(e) participera à une étude trascriptomique globale comparant des populations d’A. halleri provenant de sols C et NC de 2 unités génétiques distinctes dans le but d’identifier les déterminismes originaux de ces traits et les possibles mécanismes distincts entre populations.

Co-Responsable : Dr Massimiliano Corso - mcorso@ulb.ac.be

Sujet 2 : Caractérisation de transporteurs DTX dans la détoxication du cadmium

Nous avons mis en évidence qu’une carence en magnésium supprimait de manière spectaculaire les premiers symptômes de toxicité du cadmium dans Arabidopsis (chlorose des jeunes feuilles) (Hermans et al. 2011). Dans ce cadre, une famille de gènes DTX codant pour des transporteurs d’efflux semble impliquée à la fois dans la carence en Mg et dans la détoxication cellulaire du cadmium. Le travail de mémoire participera à caractériser le rôle de ces transporteurs dans les plantes.

Co-responsable: Dr. Christian Hermans - chermans@ulb.ac.be

Sujet 3 : Étude des interactions entre nutrition en magnésium et horloge circadienne

Le magnésium est un macro élément essentiel. C'est un cofacteur pour toutes les enzymes utilisant l'ATP. Il est également indispensable à l'établissement du noyau tetrapyrrolique de la chlorophylle. Des résultats obtenus au laboratoire ont montré que l'expression de certains gènes de l'horloge circadienne est affectée par une carence en magnésium dans Arabidopsis thaliana (Hermans et al. 2010). L'horloge circadienne est un processus biologique permettant d'anticiper les variations cycliques de l'environnement, tels que l’alternance jour/nuit ou les changements de saisons, et donc d'optimiser le développement des êtres vivants sous ces conditions. Il semble donc que la réponse à la carence en magnésium fasse intervenir l'horloge circadienne. L'objectif de ce travail vise à mieux comprendre les interactions entre nutrition en magnésium et horloge circadienne, et d'identifier le rôle éventuel de l'horloge circadienne dans la réponse des plantes à la carence en magnésium. Le (la) mémorant(e) aura pour mission de suivre l'expression de gènes de l'horloge lors de l'établissement d'une carence en magnesium par le système rapporteur luciférase, ainsi que d’établir un lien entre les gènes de réponse à la carence et le contrôle par l’horloge.

Co-responsable: Dr Romario Melo -  josefern@ulb.ac.be

Quelques publications représentatives

2015

Meyer C.-L., Juraniec M., Huguet S., Chaves-Rodriguez E., Salis P., Isaure M.-P., Goormaghtigh E., Verbruggen N. Intra-specific variability of cadmium tolerance, accumulation and Cd-induced cell wall modifications in the metal hyperaccumulator Arabidopsis halleri. Journal of Experimental Botany 66(11), 3215-3227.

2013

Clemens S., Aarts M.G.M., Thomine S. and Verbruggen N. Plant science: the key to preventing slow cadmium poisoning. Trends in Plant Science 18(2), 92-99.

Verbruggen N., Juraniec M., Baliardini C. & Meyer C.-L. Tolerance to cadmium in plants: the special case of hyperaccumulators. BioMetals 26(4): 633-638.

2012

Meyer C.-L. and Verbruggen N. Use of the model species Arabidopsis halleri towards phytoextraction of cadmium polluted soils. New Biotechnology 30(1), 9-14.

2011

Hermans C., Chen J., Coppens F., Inzé D. and Verbruggen N. Low magnesium status in plants enhances tolerance to cadmium exposure. New Phytologist 192(2), 428-36.

2010

Hermans C., Vuylsteke M., Craciun A., Inzé D. and Verbruggen N. The early transcriptomic changes induced by magnesium deficiency in Arabidopsis thaliana reveal the perturbation of the circadian clock in roots and the triggering of ABA-responsive genes. New Phytologist 187, 119- 131.